什么是嵌入式計(jì)算機(jī)？

本文導(dǎo)航：什么是嵌入式計(jì)算機(jī)？  嵌入式系統(tǒng)分層  什么是嵌入式系統(tǒng)？  什么是嵌入式微處理器？ 什么是嵌入式操作系統(tǒng)？  嵌入式計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)分幾步？  嵌入式計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域  嵌入式計(jì)算機(jī)對(duì)未來(lái)的影響/發(fā)展趨勢(shì)

什么是嵌入式計(jì)算機(jī)？嵌入式計(jì)算機(jī)的類型有很多，比如：嵌入式顯示器、嵌入式平板電腦一體機(jī)、嵌入式工控機(jī)等等，可以將嵌入式計(jì)算機(jī)理解為加固計(jì)算機(jī)。通常嵌入式計(jì)算機(jī)都有一定的防護(hù)特性，比如防塵、抗震、抗電磁干擾等。魯成偉業(yè)是嵌入式計(jì)算機(jī)生產(chǎn)廠家，如有嵌入式計(jì)算機(jī)需求，歡迎咨詢。產(chǎn)品可按需定制。下面魯成偉業(yè)小篇就帶您了解一下什么是嵌入式計(jì)算機(jī)？嵌入式計(jì)算機(jī)到底是什么東西？

（嵌入式工控機(jī)）

什么是嵌入式計(jì)算機(jī)？

通俗的說(shuō)，嵌入式技術(shù)就是"專用"計(jì)算機(jī)技術(shù)，這個(gè)專用，是指針對(duì)某個(gè)特定的應(yīng)用，如針對(duì)網(wǎng)絡(luò)、針對(duì)通信、針對(duì)音頻、針對(duì)視頻，針對(duì)工業(yè)控制等，從學(xué)術(shù)的角度，嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，并且軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它一般由嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入 式操作系統(tǒng)以及用戶的應(yīng)用程序等四個(gè)部分組成。

主要從三個(gè)方面上來(lái)理解嵌入式系統(tǒng)的概念：

1. 從硬件 嵌入式計(jì)算機(jī) 嵌入式計(jì)算機(jī)(17張) 上。將基于CPU的外圍器件，整合到CPU芯片內(nèi)部，比如早期基于X86體系結(jié)構(gòu)下的計(jì)算機(jī)，CPU只是有運(yùn)算器和累加器的功能，一切芯片要靠外部橋路來(lái)擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)，象串口之類的都是靠外部的 16C550/2的串口控制器芯片實(shí)現(xiàn)，而目前的這種串口控制器芯片早已集成到CPU內(nèi)部，還有PC機(jī)有顯卡，而多數(shù)嵌入式處理器都帶有LCD控制器，但其種意義上就相當(dāng)于顯卡。比較高端的ARM類Intel Xscale架構(gòu)下的IXP網(wǎng)絡(luò)處理器CPU內(nèi)部集成PCI控制器（可配成支持4個(gè)PCI從設(shè)備或配成自身為CPI從設(shè)備）；還集成3個(gè)NPE網(wǎng)絡(luò)處理器引擎，其中兩個(gè)對(duì)應(yīng)于兩個(gè)MAC地址，可用于網(wǎng)關(guān)交換用，而另外一個(gè)NPE網(wǎng)絡(luò)處理器引擎支持DSL，只要外面再加個(gè)PHY芯片即可以實(shí)現(xiàn)DSL上網(wǎng)功能。IXP系列zui高主頻可以達(dá)到1.8G，支持2G內(nèi)存，1G×10或10G×1的以太網(wǎng)口或Febre channel的光通道。IXP系列應(yīng)該是目標(biāo)基于ARM體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)下由intel進(jìn)行整合后成Xscale內(nèi)核的zui高的處理器了。
2. 從軟件上講，就是在定制操作系統(tǒng)內(nèi)核里將應(yīng)用一并選入，編譯后將內(nèi)核下載到ROM中。而在定制操作系統(tǒng)內(nèi)核時(shí)所選擇的應(yīng)用程序組件就是完成了軟件的“嵌入”，比如WinCE在內(nèi)核定制時(shí)，會(huì)有相應(yīng)選擇，其中就是Wordpad,PDF,MediaPlay等等選擇，如果我們選擇了，在CE啟動(dòng)后，就可以在界面中找到這些東西，如果是以前PC上將的windows操作系統(tǒng)，多半的東西都需要我們得新再裝。
3. 把軟件內(nèi)核或應(yīng)用文件系統(tǒng)等東西燒到嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)中的ROM中就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)真正的“嵌入”。

嵌入式系統(tǒng)分層

嵌入式系統(tǒng)分為4層，硬件層、驅(qū)動(dòng)層、操作系統(tǒng)層和應(yīng)用層。

1. 硬件層，是整個(gè)嵌入式系統(tǒng)的根本，如果現(xiàn)在單片機(jī)及接口這塊很熟悉，并且能用C和匯編語(yǔ)言來(lái)編程的話，從嵌入式系統(tǒng)的硬件層走起來(lái)相對(duì)容易，硬件層也是驅(qū)動(dòng)層的基礎(chǔ)，一個(gè)優(yōu)xiu的驅(qū)動(dòng)工程師是要能夠看懂硬件的電路圖和自行完成CPLD的邏輯設(shè)計(jì)的，同時(shí)還要對(duì)操作系統(tǒng)內(nèi)核及其調(diào)度性相當(dāng)?shù)氖煜さ?。但硬件平臺(tái)是基礎(chǔ)，增值還要靠軟件。硬件層比較適合于，電子、通信、自動(dòng)化、機(jī)電一體、信息工程類的人來(lái)搞，需要掌握的基礎(chǔ)知識(shí)有，單片機(jī)原理及接口技術(shù)、微機(jī)原理及接口技術(shù)、C語(yǔ)言。
2. 驅(qū)動(dòng)層，這部分比較難，驅(qū)動(dòng)工程師不僅要能看懂電路圖還要能對(duì)操作系統(tǒng)內(nèi)核十分的精通，以便其所寫的驅(qū)動(dòng)程序在系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，不會(huì)du占操作系統(tǒng)時(shí)間片，而導(dǎo)至其它任務(wù)不能動(dòng)行，不懂操作系統(tǒng)內(nèi)核架構(gòu)和實(shí)時(shí)調(diào)度性，沒(méi)有良好的驅(qū)動(dòng)編寫風(fēng)格，按大多數(shù)書上所說(shuō)添加的驅(qū)動(dòng)的方式，很多人都能做到，但可能連個(gè)初級(jí)的驅(qū)動(dòng)工程師的水平都達(dá)不到，這樣所寫的驅(qū)動(dòng)在應(yīng)用調(diào)用時(shí)就如同windows下我們打開(kāi)一個(gè)程序運(yùn)行后，再打開(kāi)一個(gè)程序時(shí)，要不就是中斷以前的程序，要不就是等上一會(huì)才能運(yùn)行后來(lái)打開(kāi)的程序。想做個(gè)好的驅(qū)動(dòng)人員沒(méi)有三、四年功底，操作系統(tǒng)內(nèi)核不研究上幾編，不是太容易成功的，但其工資在嵌入式系統(tǒng)四層中可是zui高的。 驅(qū)動(dòng)層比較適合于電子、通信、自動(dòng)化、機(jī)電一體、信息工程類尤其是計(jì)算機(jī)偏體系結(jié)構(gòu)類的人來(lái)搞，除硬件層所具備的基礎(chǔ)學(xué)科外，還要對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法、操作系統(tǒng)原理、編譯原理都要十分精通了解。
3. 操作系統(tǒng)層，對(duì)于操作系統(tǒng)層目前可能只能說(shuō)是簡(jiǎn)單的移植，而很少有人來(lái)自已寫操作系統(tǒng)，或者寫出缺胳膊少腿的操作系統(tǒng)來(lái)，這部分工作大都由驅(qū)動(dòng)工程師來(lái)完成。操作系統(tǒng)是負(fù)責(zé)系統(tǒng)任務(wù)的調(diào)試、磁盤和文件的管理，而嵌入式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性十分重要。據(jù)說(shuō)，XP操作系統(tǒng)是微軟投入300人用兩年時(shí)間才搞定的，總時(shí)工時(shí)是600人年，中科院軟件所自己的女媧Hopen操作系統(tǒng)估計(jì)也得花遇幾百人年才能搞定。因此這部分工作相對(duì)來(lái)講沒(méi)有太大意義。
4. 應(yīng)用層，相對(duì)來(lái)講較為容易的，如果會(huì)在windows下如何進(jìn)行編程接口函數(shù)調(diào)用，到操作系統(tǒng)下只是編譯和開(kāi)發(fā)環(huán)境有相應(yīng)的變化而已。如果涉及Java方面的編程也是如此的。嵌入式系統(tǒng)中涉及算法的由算法的人來(lái)處理的，不必歸結(jié)到嵌入式系統(tǒng)范疇內(nèi)。但如果涉及嵌入式系統(tǒng)下面嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)、基于嵌入式系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)編程和基于某此應(yīng)用層面的協(xié)議應(yīng)用開(kāi)發(fā)（比如基于SIP、H.323、Astrisk）方面又較為復(fù)雜，并且有難度了。

什么是嵌入式系統(tǒng)？

嵌入式系統(tǒng)一般指非 pc 系統(tǒng)，有計(jì)算機(jī)功能但又不稱之為計(jì)算機(jī)的設(shè)備或器材。它是以應(yīng)用為中心，軟硬件可裁減的，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，嵌入式系統(tǒng)集系統(tǒng)的應(yīng)用軟件與硬件于一體，類似于 pc 中 bios 的工作方式，具有軟件代碼小、高度自動(dòng)化、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，特別適合于要求實(shí)時(shí)和多任務(wù)的體系。嵌入式系統(tǒng)主要由嵌入式處理器、相關(guān)支撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件系統(tǒng)等組成，它是可du立工作的“器件”。

嵌入式系統(tǒng)幾乎包括了生活中的所有電器設(shè)備，如掌上 pda 、計(jì)算器、電子表、電話機(jī)、收音機(jī)、錄音機(jī)、影碟機(jī)、手機(jī)、電話手表、平板電腦、電視機(jī)頂盒、路由器、數(shù)字電視、多媒體播放設(shè)備、汽車、火車、地鐵、飛機(jī)、微波爐、烤箱、照相機(jī)、攝像機(jī)、讀卡器、POS機(jī)、洗衣機(jī)、熱水器、電磁爐、家庭自動(dòng)化系統(tǒng)、電梯、空調(diào)、安全系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)、自動(dòng)售貨機(jī)、蜂窩式電話、消費(fèi)電子設(shè)備、工業(yè)自動(dòng)化儀表、醫(yī)療儀器、互動(dòng)游戲機(jī)、VR、機(jī)器人、視頻學(xué)習(xí)機(jī)、點(diǎn)讀機(jī)、等。

嵌入式系統(tǒng)的硬件部分，包括微處理器、存儲(chǔ)器及外設(shè)器件和 i/o 端口、圖形控制器等。嵌入式系統(tǒng)有別于一般的計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)，它不具備像硬盤那樣大容量的存儲(chǔ)介質(zhì)，而大多使用 eprom 、 eeprom 或閃存 (flash memory) 作為存儲(chǔ)介質(zhì)。軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件 ( 要求實(shí)時(shí)和多任務(wù)操作 ) 和應(yīng)用程序編程。應(yīng)用程序控制著系統(tǒng)的運(yùn)作和行為；而操作系統(tǒng)控制著應(yīng)用程序編程與硬件的交互作用。

（嵌入式顯示器）

什么是嵌入式微處理器？

嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器。嵌入式微處理器一般具備 4 個(gè)特點(diǎn)： (1) 對(duì)實(shí)時(shí)和多任務(wù)有很強(qiáng)的支持能力，能完成多任務(wù)并且有較短的中斷響應(yīng)時(shí)間，從而使內(nèi)部的代碼和實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的執(zhí)行時(shí)間減少到zui低限度； (2) 具有功能很強(qiáng)的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能，這是由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)已模塊化，而為了避免在軟件模塊之間出現(xiàn)錯(cuò)誤的交叉作用，需要設(shè)計(jì)強(qiáng)大的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能，同時(shí)也有利于軟件診斷； (3) 可擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu)，以能迅速地?cái)U(kuò)展出滿足應(yīng)用的高性能的嵌入式微處理器； (4) 嵌入式微處理器的功耗必須很低，尤其是用于便攜式的無(wú)線及移動(dòng)的計(jì)算和通信設(shè)備中靠電池供電的嵌入式系統(tǒng)geng是如此，功耗只能為 mw 甚至μ w 級(jí)。

什么是嵌入式操作系統(tǒng)？

嵌入式操作系統(tǒng)是一種支持嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的操作系統(tǒng)軟件，它是嵌入式系統(tǒng) ( 包括硬、軟件系統(tǒng)) 極為重要的組成部分，通常包括與硬件相關(guān)的底層驅(qū)動(dòng)軟件、系統(tǒng)內(nèi)核、設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口、通信協(xié)議、圖形界面、標(biāo)準(zhǔn)化瀏覽器等 Browser 。嵌入式操作系統(tǒng)具有通用操作系統(tǒng)的基本特點(diǎn)，如能夠有效管理越來(lái)越復(fù)雜的系統(tǒng)資源；能夠把硬件虛擬化，使得開(kāi)發(fā)人員從繁忙的驅(qū)動(dòng)程序移植和維護(hù)中解脫出來(lái)；能夠提供庫(kù)函數(shù)、驅(qū)動(dòng)程序、工具集以及應(yīng)用程序 。與通用操作系統(tǒng)相比較，嵌入式操作系統(tǒng)在系統(tǒng)實(shí)時(shí)高效性、硬件的相關(guān)依賴性、軟件固態(tài)化以及應(yīng)用的專用性等方面具有較為突出的特點(diǎn)。

（嵌入式電腦觸摸一體機(jī)）

嵌入式計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)分幾步？

di一步：需求分析

確定設(shè)計(jì)任務(wù)和目標(biāo)，并制定說(shuō)明規(guī)格文檔，作為下一步設(shè)計(jì)的指導(dǎo)和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。需求分析往往要與用戶反復(fù)交流，以明確系統(tǒng)功能需求，性能需求，環(huán)境、可靠性、成本、功耗、資源等需求。

di二步：體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是嵌入式系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，它需要確定嵌入式系統(tǒng)的總體構(gòu)架，從功能上對(duì)軟硬件進(jìn)行劃分。在此基礎(chǔ)上，確定嵌入式系統(tǒng)的硬件選型（主要是處理器選型），操作系統(tǒng)的選擇和開(kāi)發(fā)環(huán)境的選擇。

di三步：硬件的設(shè)計(jì)、制作及測(cè)試

在這一階段要確定硬件部分的各功能模塊及模塊之間的關(guān)聯(lián)，并在此基礎(chǔ)上完成元器件的選擇、原理圖繪制、印刷電路板（PCB）設(shè)計(jì)、硬件的裝配與測(cè)試、目標(biāo)硬件zui終的確定和測(cè)試。

di四步：軟件的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)及測(cè)試

這部分工作與硬件開(kāi)發(fā)并行、交互進(jìn)行。軟件設(shè)計(jì)主要完成引導(dǎo)程序的編制、操作系統(tǒng)的移植、驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)、應(yīng)用軟件的編寫等工作。設(shè)計(jì)完成后，軟件開(kāi)發(fā)進(jìn)入實(shí)現(xiàn)階段。這一階段主要是嵌入式軟件的生成（編譯、鏈接），調(diào)試和固化運(yùn)行，zui后完成軟件的測(cè)試。

di五步：系統(tǒng)集成

將測(cè)試完成的軟件系統(tǒng)裝入制作好的硬件系統(tǒng)中，進(jìn)行系統(tǒng)綜合測(cè)試，驗(yàn)證系統(tǒng)功能是否能夠正確無(wú)誤地實(shí)現(xiàn)，zui后將正確的軟件固化在目標(biāo)硬件中。本階段的工作是整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中zui復(fù)雜、zui費(fèi)時(shí)的，特別需要相應(yīng)的輔助工具支持。

di六步：系統(tǒng)性能測(cè)試及可靠性測(cè)試

測(cè)試zui終完成的系統(tǒng)性能是否滿足設(shè)計(jì)任務(wù)書的各項(xiàng)性能指標(biāo)和要求。若滿足，則可將正確無(wú)誤的軟件固化在目標(biāo)硬件中；若不能滿足，在zui壞的情況下，則需要回到設(shè)計(jì)的初始階段重新進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的制定。

嵌入式計(jì)算機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域

嵌入式工控機(jī)（Embedded Industrial Computer）是一種加固的增強(qiáng)型工業(yè)計(jì)算機(jī)，它可以作為一個(gè)工業(yè)控制器在工業(yè)環(huán)境中可靠運(yùn)行。嵌入式工控機(jī)通俗的說(shuō)就是專門為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)而設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)緊湊的計(jì)算機(jī)。

嵌入式工控機(jī)可以靈活的應(yīng)用在對(duì)溫度及使用空間等苛刻的環(huán)境中，包括車載、零售、監(jiān)控、電子廣告牌、工廠控制等有低功耗系統(tǒng)需求的應(yīng)用市場(chǎng)。

嵌入式計(jì)算機(jī)對(duì)未來(lái)的影響/發(fā)展趨勢(shì)

1. 嵌入式系統(tǒng)促使計(jì)算機(jī)的形態(tài)和性能geng加小型化,多功能,低功耗.
2. 嵌入式系統(tǒng)使計(jì)算機(jī)由以往的諾曼尼結(jié)構(gòu)發(fā)展成為多處理器并行計(jì)算,大大提高運(yùn)行效率及穩(wěn)定性!
3. 嵌入式系統(tǒng)已成為計(jì)算機(jī)技術(shù)的一個(gè)主要分支!
4. 嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展已成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要標(biāo)志!
5. 改變傳統(tǒng)小型機(jī)與微型機(jī)的概念,使嵌入式系統(tǒng)不再成為計(jì)算機(jī)硬件控制技術(shù)的代名詞.某些嵌入系統(tǒng)的性能已經(jīng)能夠chao越微型機(jī)的性能!